輸電線路階段式電流保護(hù)設(shè)計 優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計（論文）

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1、青島大學(xué) 課 程 設(shè) 計 報 告 《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計》 題 目: 輸電線路階段式電流保護(hù)設(shè)計 系 別: 自動化工程學(xué)院 專 業(yè): 電氣工程及其自動化10級 姓 名: 學(xué) 號: 指導(dǎo)教師: 設(shè)計日期：2013年9月3日—2013年9 一．課程設(shè)計目的和任務(wù) 設(shè)計目的： 理解

2、輸電線路階段式電流保護(hù)的原理圖、展開圖及保護(hù)裝置中各繼電器的功用，掌握階段式電流保護(hù)的電氣接線和操作實驗技術(shù)通過設(shè)計,掌握和應(yīng)用電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的設(shè)計,整定計算,資料整理查詢和電氣繪圖等使用方法.。本課程主要設(shè)計35KV輸電線路，110KV輸電線路,變壓器,發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)的原理,配置及整定計算,為繼電保護(hù)的工作打下良好的基礎(chǔ)。但由于實驗條件所限，我們只能用200V的單輻射式輸電線路階段式電流保護(hù)設(shè)計來模擬上述設(shè)計。 設(shè)計任務(wù)：某線路網(wǎng)絡(luò)接線如下 圖1 線路網(wǎng)絡(luò)接線圖 已知：，，，，，，線路正常運行時的負(fù)荷電流為0.25A。要求： (1)計算f1、f2、f3、f4各

3、點的最大和最小運行方式下的短路電流； (2)選出線路L1的電流互感器變比； (3)選出線路L1的保護(hù)方案并作出整定計算； (4)畫出原理圖 (5)選出所需繼電器的規(guī)格、型號； (6)根據(jù)選出的繼電器進(jìn)行實訓(xùn)。 二． 階段式電流保護(hù)實驗原理 無時限電流速斷保護(hù)、帶時限電流速斷保護(hù)和定時限過電流保護(hù)都是反應(yīng)于電流升高而動作的保護(hù)裝置。他們之間的區(qū)別主要在于按照不同的原則來選擇起動電流。即速斷是按照躲開某一點的最大短路電流來整定，限時速斷是按照躲過前方各相鄰元件電流速斷保護(hù)的動作電流整定，而過電流保護(hù)則是按照躲過最大負(fù)荷電流來整定。由于電流速斷不能保護(hù)線路全長，限時電流速斷又不能作

4、為相鄰元件的后備保護(hù)，因此，為保證迅速而有選擇性的切除故障，常常將電流速斷、限時電流速斷和過電流保護(hù)組合在一起，構(gòu)成階段式過流保護(hù)。具體應(yīng)用時，可以只采用速斷加過流保護(hù)，或限時速斷加過流保護(hù)，及構(gòu)成兩段式過流保護(hù)，也可以三者同時使用，及構(gòu)成三段濕過流保護(hù)。 由無時限電流速斷保護(hù)、帶時限電流速斷保護(hù)、定時限過電流保護(hù)相配合而構(gòu)成階段式電流保護(hù)裝置。這三部分保護(hù)分別叫作I、II、III段，其中I段無時限電流速斷保護(hù)、II段帶時限電流速斷保護(hù)是主保護(hù)，III段定時限過電流保護(hù)是后備保護(hù)。 （1）階段式電流保護(hù)的保護(hù)范圍及時限配合 如圖11-6所示，當(dāng)在L1線路首端f1點短路時，保護(hù)1的I、I

5、I、III段均啟動，由I段將故障瞬時切除，II段和III段返回；在線路末端f2點短路時，保護(hù)II段和III段啟動，II段以0.5s時限切除故障，III段返回。若I、II段拒動，則過電流保護(hù)以較長時限將QF1跳開，此為過電流保護(hù)的近后備作用。當(dāng)在線路L2上f3點發(fā)生故障時，應(yīng)由保護(hù)2動作跳開QF2，但若QF2拒動，則由保護(hù)1的過電流保護(hù)動作將QF1跳開，這是過電流保護(hù)的遠(yuǎn)后備作用。 （2）階段式電流保護(hù)的原理圖 階段式電流保護(hù)的原理圖如圖下所示，圖中各元件均以完整的圖形符號表示，有交流回路和直流回路，圖中所示的接線方式是廣泛應(yīng)用于小接地電流系統(tǒng)電力線路。由繼電器KA1、KS1組成I段；KA2

6、、KT1、KS2組成II段；KA3、KT2、KS3組成III段。 三．階段式電流保護(hù)實驗參數(shù)整定計算 3.1計算各點最大和最小運行方式下的短路電流 當(dāng)系統(tǒng)在最大運行方式下運行時有： f1的三相短路電流為： f1的兩相短路電流為： f2的三相短路電流為： f2的兩相短路電流為： 由于f3點和f2點距離很近，兩者之間的阻抗值可以忽略, 其短路電流幾乎是相等的。故f3的三相短路電流為： f3的兩相短路電流為： f4的三相短路電流為： f4的兩相短路電流為： 同理，系統(tǒng)在最小運行方式下運行時有： f1的三相短路電流為： f1的兩相短

7、路電流為： f2的三相短路電流為： f2的兩相短路電流為： f3的三相短路電流為： f3的兩相短路電流為： f4的三相短路電流為： f4的兩相短路電流為： 故對單側(cè)電源輻射式線路，L1的繼電保護(hù)方案可擬定為階段式電流保護(hù)，保護(hù)采用二相二繼電器接線，其接線系數(shù)，電流互感器采用1:1，在最大運行方式下及最小運行方式下f1、f2、f3、f4各點短路電流值見下表： 表2 最大運行方式下及最小運行方式下f1、f2、f3、f4各點短路電流值 短路點 f1 f2 f3 f4 正常最大工作電流 最大運行方式下三相短路電流（A）

8、 最大運行方式下兩相短路電流（A） 最小運行方式下三相短路電流（A） 最小運行方式下兩相短路電流（A） 3.2 對AB線路繼電保護(hù)進(jìn)行三段整定 3 在被保護(hù)線路上發(fā)生短路時，流過保護(hù)安裝點的短路電流值，隨短路點的位置不同而變化。在線路的始端短路時，短路電流值最大；短路點向后移動時，短路電流將隨線路阻抗的增大而減小，直至線路末端短路時短路回路的阻抗最大，短路電流最小。短路電流值還與系統(tǒng)運行方式及短路的類型有關(guān)。如圖2所示。 圖2 瞬時電流速斷保護(hù)的整定及動作范圍 曲線1表示在最大運行方式下發(fā)生三相短

9、路時，線路各點短路電流變化的曲線；曲線2則為最小運行方式下兩相短路時，短路電流變化的曲線。如果要求在被保護(hù)線路的末端短路時，保護(hù)裝置能夠動作，那么，在下一線路始端短路時，保護(hù)裝置不可避免地也將動作。這樣，就不能保證應(yīng)有的選擇性。為了保證保護(hù)動作的選擇性，將保護(hù)范圍嚴(yán)格地限制在本線路以內(nèi)，就應(yīng)使保護(hù)的動作電流大于最大運行方式下線路末端發(fā)生三相短路時的短路電流，即 為了保證裝置不誤動，考慮到非周期分量、實際的短路電流大于計算值、保護(hù)裝置的實際動作電流小于整定值、一定的裕度等因素，可引入可靠系數(shù)，則動作電流為： ，其中 靈敏性校驗： 最大運行方式下的最小保護(hù)范圍： 最小運行方式

10、下的最小保護(hù)范圍： 滿足靈敏性要求。 本段保護(hù)整定電流值為3.4A，可選用DL-21C型電流繼電器，其額定電流為6A，動作電流的整定范圍為1.5～6A，線圈采用并聯(lián)接法。 3 無時限電流速斷保護(hù)雖然能實現(xiàn)快速動作，但卻不能保護(hù)線路的全長。因此，必須裝設(shè)第II段保護(hù)，即帶時限電流速斷保護(hù)，用以反應(yīng)無時限電流速斷保護(hù)區(qū)外的故障。對第II段保護(hù)的要求是能保護(hù)線路的全長，還要有盡可能短的動作時限。 帶時限電流速斷保護(hù)要求保護(hù)線路的全長，那么保護(hù)區(qū)必然會延伸至下一線路，因為本線路末端短路時流過保護(hù)裝置的短路電流與下一線路始端短路時的短路電流相等，再加上還有運行方式對短路電流的影響，

11、如若較小運行方式下保護(hù)范圍達(dá)到線路末端，則較大運行方式下保護(hù)范圍必然延伸到下一線路。為盡量縮短保護(hù)的動作時限，通常要求帶時限電流速斷延伸至下一線路的保護(hù)范圍不能超出下一線路無時限電流速斷的保護(hù)范圍，因此線路L1帶時限電流速斷保護(hù)的動作電流應(yīng)大于下一線路無時限電流速斷保護(hù)的動作電流，即 線路L2無時限電流速斷保護(hù)的動作電流： 則限時電流速斷保護(hù)的動作電流為： ，其中 保護(hù)裝置靈敏性校驗： L1線路末端在最小運行方式下，發(fā)生兩相短路時的電流 故其靈敏系數(shù)為： 由于Ⅱ段保護(hù)的靈敏度不能滿足要求，故需采用降低動作電流來提高其靈敏度。為此，應(yīng)使線路L1上的帶時限電流速斷

12、保護(hù)范圍與線路L2上的帶時限電流速斷保護(hù)相配合，即 但由于本設(shè)計題目中未給出L2線路下一段的線路參數(shù)，為了解決問題，我門在L2線路的后增加了一段長度為的線路，則可以計算出，系統(tǒng)在最大運行方式運行式，L3段線路末端的三相短路電流為： L3段線路的無限時速斷保護(hù)動作電流為： 靈敏性校驗： 最大運行方式下的最小保護(hù)范圍： 最小運行方式下的最小保護(hù)范圍： 滿足電流速斷保護(hù)的靈敏性要求。 則線路L2的II段整定電流為： 線路L2的II段靈敏性校驗： L2線路末端在最小運行方式下，發(fā)生兩相短路時的電流 其靈敏系數(shù)為： 那么，L1段的帶時限電

13、流速斷保護(hù)的電流整定值為： 其靈敏系數(shù)為： 靈敏度滿足要求。 本段保護(hù)整定電流值為1A，可選用DL-21C型電流繼電器，其額定電流為3A，動作電流的整定范圍為0.5～2A，線圈采用并聯(lián)接法。 動作時限： 為了便于觀察時限可整定為1秒，時間繼電器可選用DS-21型，其延時范圍為0.25～1.25S。 3 無時限電流速斷保護(hù)和帶時限電流速斷保護(hù)能保護(hù)線路全長，可作為線路的主保護(hù)用。為防止本線路的主保護(hù)發(fā)生拒動，必須給線路裝設(shè)后備保護(hù)，以作為本線路的近后備和下一線路的遠(yuǎn)后備。這種后備保護(hù)通常采用定時限過電流保護(hù)，又稱為第III段保護(hù)，其動作電流按躲過最大負(fù)荷電流整定，動作時

14、限按保證選擇性的階梯時限來整定。其原理接線圖與帶時限電流速斷保護(hù)相同，但由于保護(hù)范圍和保護(hù)的作用不同，其動作電流和動作時限則不同。 過電流保護(hù)工作原理： 正常運行時，線路流過負(fù)荷電流，保護(hù)不動作。當(dāng)線路發(fā)生短路故障時，保護(hù)啟動，經(jīng)過保證選擇性的延時動作，將故障切除。 過電流保護(hù)動作電流： 過電流保護(hù)動作電流的整定，要考慮可靠性原則，即只有在線路存在短路故障的情況下，才允許保護(hù)裝置動作。 過電流保護(hù)應(yīng)按躲過最大的負(fù)荷電流計算保護(hù)的動作電流，根據(jù)可靠性要求，過電流保護(hù)的動作電流必須滿足以下兩個條件。 1） 在被保護(hù)線路通過最大負(fù)荷電流的情況下，保護(hù)裝置不應(yīng)該動作，即 。 式中，——

15、保護(hù)的一次動作電流值 ——被保護(hù)線路的最大負(fù)荷電流 最大負(fù)荷電流要考慮電動機(jī)自啟動時的電流。由于短路時電壓下降，變電所母線上所接負(fù)荷中的電動機(jī)被制動，在故障切除后電壓恢復(fù)時，電動機(jī)有一個自啟動過程，電動機(jī)自啟動電流大于正常運行時的額定電流，則線路的最大負(fù)荷電流也大于其正常值，即。 式中，——~3。 2）對于已經(jīng)啟動的保護(hù)裝置，故障切除后，在被保護(hù)線路通過最大負(fù)荷電流的情況下應(yīng)能可靠地返回。如圖11-4所示，在線路L1、L2分別裝有過電流保護(hù)1和保護(hù)2，當(dāng)在f點短路時，短路電流流過保護(hù)1也流過保護(hù)2，它們都啟動。按選擇性的要求，應(yīng)該由保護(hù)2動作將QF2跳開切除故障。但由于

16、變電所B仍有其他負(fù)荷，并且因電動機(jī)自啟動，線路L1可能出最大負(fù)荷電流，為使保護(hù)1的電流繼電器可靠返回，它的返回電流Irel（繼電器的返回電流折算到一次電路的值），應(yīng)大于故障切除后線路L1最大負(fù)荷電流。 式中，Irel——保護(hù)1的返回電流 由于，即 式中，Krel——可靠系數(shù)，取1. 2 ~1.25。 Kre——~0.95。 故線路L1的定時限過電流保護(hù)的動作電流為： 靈敏性校驗 作為L1段的近后備保護(hù)時有： 滿足靈敏性要求。 作為遠(yuǎn)后備保護(hù)時有： 滿足靈敏性要求。 本段保護(hù)整定電流值為0.53A，可選用DL-21C型電流繼電器，其額

17、定電流為3A，動作電流的整定范圍為0.5～2A，線圈采用串聯(lián)接法。 動作時限： 為了便于觀察時限可整定為3秒，時間繼電器可選用DS-22型，其延時范圍為1.2～5S。 3階段式保護(hù)選用的繼電器規(guī)格及整定值列表 表3 階段式保護(hù)選用的繼電器規(guī)格及整定值 序號 用途 型號規(guī)格 整定范圍 實驗整定值 線圈接法 1 無時限電流速斷保護(hù) DL－21C 1.5～6A 3.4 A 并聯(lián) 2 帶時限電流速斷保護(hù) DL－21C 0.5～2A 并聯(lián) 3 定時限過電流保護(hù) DL－21C 0.15～2A 串聯(lián) 4 帶時限電流速斷時間 DS－2

18、1 1 s 5 定時限過電流保護(hù)時間 DS－22 1.2～5s 3 s 四．實驗驗證與調(diào)整 在實驗時，由于實驗條件限制，沒有DS-22型的時間繼電器。故我們只能用DS-21型的時間繼電器來代替。而DS-21型時間繼電器的時間整定范圍只有0.25～1.25S，無法滿足我們之前過電流保護(hù)時限的整定值3S。所以我們唯有將帶時限電流速斷保護(hù)和定時限過電流保護(hù)的時限整定得小一些。帶時限電流速斷保護(hù)的時限重新整定為0.5S，定時限過電流保護(hù)的時限重新整定為1.25S。實驗器材也按實驗室的條件重新調(diào)整了，具體器材如下表： 表4 調(diào)整后的實驗器材表 序號 設(shè)備名稱 使

19、 用 儀 器 名 稱 數(shù)量 1 控制屏 1 2 EPL-02A A站保護(hù)， B站保護(hù) 1 3 EPL-04 繼電器（一）—DL-21C電流繼電器 2 4 EPL-05 繼電器（二）—DS-21時間繼電器 2 5 EPL-06 繼電器（四）—DZ-31B中間繼電器 1 6 EPL-07B 繼電器（五）—DX-8信號繼電器 1 7 EPL-11 交流電壓表 1 8 EPL-11 交流電流表 1 9 EPL-12 光示牌 1 10 EPL-17A 三相交流電源 11 EPL-11 直流電源及母線 1

20、選好實驗設(shè)備后，按下圖接線。 圖3 實驗接線原理圖 接好線后，分別驗證L1段的各段電流和時間整定值，并記錄到下表中。 表5 實驗驗證數(shù)據(jù)記錄表 序號 代號 型號規(guī)格 額定工作值 實驗整定值 線圈接法 1 KA1 DL-21C 6A 并聯(lián) 2 KA2 DL-21C 3A 并聯(lián) 3 KA3 DL-21C 3A 串聯(lián) 4 KT1 DS-21C 220V - 5 KT2 DS-21C 220V - 6 KM 1 DZ-31B 220V - - 7 KS1 DX-8 - -

21、8 KS2 DX-8 - - 9 KS3 DX-8 - - 10 KM2 DZ-31B 220V - - 11 直流電源 220V 12 電流表 13 三相電源 五．總結(jié)與評價 通過這次繼電保護(hù)課程設(shè)計，我們可以把理論知識應(yīng)用到實際當(dāng)中去了。這次課程設(shè)計學(xué)到很多，在整定動作電流的過程中，我不但鞏固了自己繼電保護(hù)的理論知識，還進(jìn)一步熟識各段保護(hù)的應(yīng)用。 這次的課程設(shè)計我們從中發(fā)現(xiàn)了很多問題，通過老師指導(dǎo)與同學(xué)的交流成功的解決。還發(fā)現(xiàn)前面學(xué)的很多知識大部分我都已經(jīng)記憶不深了。但經(jīng)過這次實訓(xùn)，讓我又重新溫習(xí)了一次繼電保護(hù)的課本知識。在溫習(xí)的過程中，我加深了對它們的認(rèn)識，就連之前很多不太理解的問題，現(xiàn)在也變得清晰起來。通過這次設(shè)計，綜合運用本專業(yè)所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實際知識從而培養(yǎng)和提高自己獨立工作能力，鞏固與擴(kuò)充了所學(xué)的內(nèi)容，熟悉了規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，同時各科相關(guān)的課程都有了全面的復(fù)習(xí)，獨立思考的能力也有了提高 六．主要參考文獻(xiàn) 《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理》 ，都洪基 ， 東南大學(xué)出版社，200